Жук-могильник Nicrophorus vespilloides зарывает трупы мелких животных в почву, чтобы использовать их в качестве источника пищи для своего потомства. Однако туша и, следовательно, место размножения очень подвержены микробному разложению и гниению, что приводит к образованию токсичных веществ, росту микробных патогенов и потере питательных веществ. В новом исследовании исследователи из Института химической экологии им. Макса Планка, Университета Майнца и Университета Гиссена, Германия, показали, что жуки Nicrophorus vespilloides способны заменять вредные микроорганизмы своими полезными кишечными симбионтами, тем самым превращая тушу в питомник с микробным сообществом, которое даже способствует росту личинок (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Как жуки-могильники предотвращают разложение падали
Жуки-могильники используют богатые питательными веществами, но сложные ресурсы для размножения: их личинки питаются трупами мелких животных. Если эти жуки не присматривают за тушами, трупы обычно захватываются микробными разлагателями. Разложение падали в естественных условиях связано с ростом микробных возбудителей и конкурентов, накоплением токсичных метаболитов и быстрой потерей питательных веществ.
Группа ученых обнаружила, что жук-могильщик Nicrophorus vespilloides сохраняет источник пищи для своего потомства, прививая его полезными микробами из собственного кишечника. Исследователи генетически охарактеризовали бактериальные и грибковые сообщества туш, за которыми ухаживали и не ухаживали, и сравнили микробную метаболическую активность. Они также определили количество путресцина и кадаверина, дурно пахнущих органических соединений, связанных с разложением падали, и аминокислот. «Утилизация туш включала не подавление микробов, а замену местного микробного сообщества кишечными микробами жуков. Например, обработанные туши показали подавление плесени, связанной с почвой, но рост дрожжей, связанных с жуками. Это сдвиг в микробных сообществах привел к биохимическим изменениям в тушах жуков», - объясняет первый автор Шантану Шукла из Института химической экологии им. Макса Планка.
Значение симбионтов для развития личинок
Затем исследователи хотели узнать, были ли эти изменения полезными для насекомых, которые так много вкладывают в защиту и подготовку туш. Поэтому они проверили влияние микробиоты падали на приспособленность хозяина, измерив продуктивность личинок с микробными симбионтами, присутствующими на падали, и без них. Негативное влияние на рост личинок было значительным: личинки, питавшиеся тушами, из которых был удален матрикс, были значительно меньше, хотя они потребляли такое же количество тканей туш..
Наше исследование показывает, как насекомые могут изменять свою среду обитания, культивируя своих симбионтов как в кишечнике, так и снаружи, на ресурсах для размножения, чтобы улучшить приспособленность. Жук-могильник является захватывающим примером эксплуатации сложных ресурсов с помощью симбионтов., - резюмирует старший автор Хайко Фогель.
Потенциал выявленных дрожжей
Идентифицированные дрожжи теперь будут изучены более подробно, особенно их роль в детоксикации продуктов гниения и (предварительно) переваривании падали в пользу личинок жуков. «Поскольку микробиом, передаваемый жуками, подавлял рост потенциально вредных и токсинообразующих бактерий и грибков, стоит более внимательно изучить потенциальные противомикробные препараты, поскольку они также могут найти применение в медицине», - говорит Андреас Вилчинскас, руководитель исследования антибиотиков в участвующем Институте молекулярной биологии и прикладной экологии им. Фраунгофера.